[發明專利]用于直驅泥漿泵的開繞組永磁電機驅動系統

在審

• 申請號: 201810018445.0
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108365792A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 姜建國;張丹;周中正;羅*
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02P27/06
• 分類號: H02P27/06;H02P25/024;H02P25/22
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明提供一種用于直驅泥漿泵的開繞組永磁電機驅動系統，包括：變壓器，變壓器與電網連接；第一變換單元與變壓器連接；第二變換單元與變壓器連接；開繞組永磁電機，開繞組永磁電機的兩端分別與第一變換單元及第二變換單元連接。本發明的有益效果如下：將永磁同步電機的中性點打開，形成一個具有雙端口的開繞組結構，并將這種開繞組永磁同步電機作為直驅泥漿泵的驅動電機，不需要電動機弱磁調速，具有很好的啟動特性；第一機側變換器和第二機側變換器單獨供電，避免了產生零序電流；采用雙邊電源供電的三電平拓撲，輸出電壓等效為五電平，電流諧波含量與兩電平、三電平相比明顯減少，輸出波形更接近于正弦波，提高調速系統的可靠性。

技術領域

本發明屬于大功率交流調速領域，特別涉及一種用于直驅泥漿泵的開繞組永磁電機驅動系統。

背景技術

直驅泥漿泵不僅縮短了底座長度，還省掉了傳動輪和傳動帶保護罩，降低了泵組的體積和質量，免去了易耗件傳動帶的更換及松緊度調整等一系列問題，在鉆井平臺上有很大的意義。泥漿泵不會用到等功或降功區，也不需要電動機弱磁調速，因此采用永磁同步電機進行直驅很適合。永磁同步電機與異步電機相比，不需要無功勵磁電流，具有高效率、體積小、重量輕、高功率密度、調速范圍寬、運行可靠、可維護性好等優點，對于石油鉆機來說，在直驅泵上應用比較合適。現有的拓撲是兩臺變換器共用一個單電源供電，容易產生較大的零序電流，需要添加零序電抗器加以抑制。另外，大多數的變換器采用兩電平拓撲。在高壓大功率調速領域，針對兩電平變換器的不足，須采用三電平、五電平、甚至更多電平來提高輸出電壓。三電平變換具有開關損耗小、開關器件開關頻率低、輸出波形諧波含量少等優點。直流泥漿泵用開繞組永磁電機驅動系統中采用雙邊電源供電三電平變換器，可等效為一個五電平，能夠提高電機定子電流的正弦度，獲得高性能的調速系統。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的在于提出了一種解決上述技術問題的用于直驅泥漿泵的開繞組永磁電機驅動系統。

為解決上述技術問題，本發明提供一種用于直驅泥漿泵的開繞組永磁電機驅動系統，包括：變壓器，所述變壓器與電網連接；第一變換單元，所述第一變換單元與所述變壓器連接；第二變換單元，所述第二變換單元與所述變壓器連接；開繞組永磁電機，所述開繞組永磁電機的兩端分別與所述第一變換單元及所述第二變換單元連接。

優選地，所述第一變換單元包括：第一網側變換器，所述第一網側變換器與所述變壓器連接；第一機側變換器，所述第一機側變換器分別與所述第一網側變換器及所述開繞組永磁電機的一端連接。

優選地，在所述第一網側變換器及所述第一機側變換器之間連接有第一電容組。

優選地，所述第二變換單元包括：第二網側變換器，所述第二網側變換器與所述變壓器連接；第二機側變換器，所述第二機側變換器分別與所述第二網側變換器及所述開繞組永磁電機的二端連接。

優選地，在所述第二網側變換器及所述第二機側變換器之間連接有第二電容組。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

1)將永磁同步電機的中性點打開，形成一個具有雙端口的開繞組結構，并將這種開繞組永磁同步電機作為直驅泥漿泵的驅動電機，不需要電動機弱磁調速，具有很好的啟動特性；

2)采用第一機側變換器和第二機側變換器分別連接開繞組永磁同步電機的兩端，提高系統的穩定性，減少維修工作量，減低故障率，降低運行費用；

3)第一網側變換器和第二網側變換器采用NPC三電平拓撲，起到整流作用，為第一機側變換器和第二機側變換器提供直流電；

4)第一機側變換器和第二機側變換器單獨供電，避免了產生零序電流；

5)采用雙邊電源供電的三電平拓撲，輸出電壓等效為五電平，電流諧波含量與兩電平、三電平相比明顯減少，輸出波形更接近于正弦波，提高調速系統的可靠性。